Một bước nhảy vĩ đại về lượng tử: Các nhà nghiên cứu UCC phát hiện ra chìa khóa tiềm năng cho tương lai của máy tính lượng tử

Trong một bước phát triển quan trọng cho tương lai của máy tính lượng tử, các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Macroscopic Quantum Matter Group của Đại học College Cork (UCC) đã làm một khám phá đột phá bằng cách sử dụng một trong những kính hiển vi lượng tử mạnh nhất trên thế giới. Đội ngũ đã xác định một trạng thái siêu dẫn điều chỉnh không gian trong một siêu dẫn mới và không thường thấy, Uranium Ditelluride (UTe2), có thể giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của máy tính lượng tử.

Sức mạnh của siêu dẫn

Siêu dẫn là các vật liệu cho phép dòng điện chảy với điện trở bằng không, có nghĩa là chúng không tiêu tán bất kỳ năng lượng nào mặc dù mang một dòng điện lớn. Điều này có thể xảy ra vì, thay vì các electron riêng lẻ di chuyển qua kim loại, các cặp electron liên kết với nhau để tạo thành một chất lỏng cơ học lượng tử vĩ mô.

Tác giả chính của bài báo, Joe Carroll, một nhà nghiên cứu tiến sĩ làm việc với Giáo sư Vật lý lượng tử Séamus Davis của UCC, giải thích: “Điều mà nhóm của chúng tôi đã tìm thấy là một số cặp electron tạo thành một cấu trúc tinh thể mới nhúng trong chất lỏng nền này. Các trạng thái này được nhóm của chúng tôi phát hiện lần đầu tiên vào năm 2016 và hiện được gọi là Sóng mật độ cặp electron. Những Sóng mật độ cặp này là một dạng vật chất siêu dẫn mới mà chúng tôi vẫn đang khám phá các tính chất của nó.”

Một loại siêu dẫn mới

Điều làm cho UTe2 đặc biệt thú vị là nó dường như là một loại siêu dẫn mới. Các cặp electron trong UTe2 dường như có mô men động lượng nội tại. Nếu điều này đúng, thì đội UCC đã phát hiện Sóng mật độ cặp đầu tiên được tạo thành từ các cặp electron kỳ lạ này.

Carroll giải thích: “Điều đặc biệt thú vị cho chúng tôi và cộng đồng rộng lớn hơn là UTe2 dường như là một loại siêu dẫn mới. Các nhà vật lý đã tìm kiếm một vật liệu như nó trong gần 40 năm.”

Ảnh hưởng đến máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử dựa trên bit lượng tử hoặc qubit để lưu trữ và xử lý thông tin. Tuy nhiên, trạng thái lượng tử của các qubit này dễ bị phá hủy, hạn chế ứng dụng của máy tính lượng tử.

UTe2, tuy nhiên, là một loại siêu dẫn đặc biệt có thể có hậu quả lớn cho máy tính lượng tử. Nó có thể được sử dụng làm cơ sở cho máy tính lượng tử topo, nơi không có giới hạn về thời gian tồn tại của qubit trong quá trình tính toán. Điều này có thể mở ra nhiều cách mới cho máy tính lượng tử ổn định và hữu ích hơn.

Carroll giải thích: “Có những dấu hiệu cho thấy UTe2 là một loại siêu dẫn đặc biệt có thể có hậu quả lớn cho máy tính lượng tử… Trong các vật liệu như vậy, không có giới hạn về thời gian tồn tại của qubit trong quá trình tính toán, mở ra nhiều cách mới cho máy tính lượng tử ổn định và hữu ích hơn.”

Khám phá của đội UCC cung cấp một mảnh ghép khác cho câu đố của UTe2. Hiểu biết về các tính chất siêu dẫn cơ bản của các vật liệu như UTe2 là rất quan trọng để phát triển máy tính lượng tử thực tế. Carroll kết luận: “Điều mà chúng tôi đã khám phá cung cấp một mảnh ghép khác cho câu đố của UTe2. Để tạo ra các ứng dụng sử dụng vật liệu như này, chúng tôi phải hiểu các tính chất siêu dẫn cơ bản của nó. Tất cả khoa học hiện đại đều di chuyển từng bước. Chúng tôi rất vui được đóng góp vào việc hiểu một vật liệu có thể đưa chúng tôi đến gần hơn với máy tính lượng tử thực tế hơn.”